10.2. Изменчивость процессов в океане

Проблема взаимодействия океана с атмосферой сложна, а форма и содержание взаимодействия многообразны. Поэтому необходимо классифицировать процессы взаимодействия по масштабам. Строго говоря, эти процессы не разделимы, но в то же время деление процессов по масштабам не произвольно - оно определяется масштабом неоднородностей граничных условий на поверхности планеты.

Многообразные внутренние процессы в океане связаны между собой. Эта взаимосвязь прослеживается как между малыми объемами воды, так и между водными массами всего океана. В основе этой взаимосвязи лежат циркуляционные процессы. Спектр их широк - от процессов на молекулярном уровне до процессов всего океана.

Для океанов специфичны динамические, химические, биологические и геохимические процессы формирования вертикальной и гори­зонтальной структуры водных масс, сообществ морских организмов и их продуктивность. Циклические процессы в основе формирования этих структур проявляются в виде почти замкнутых круговоротов массы и вещества. Эта не полная замкнутость имеет принципиальное значение для взаимосвязанности явлений. Именно передача энергии от одного цикла в другой и осуществляет эту взаимосвязь.

Наиболее детально изучены динамические циклы переноса вод. Эти циклы получили название изменчивости вод.

Советским ученым А.С.Мониным (1974 г.) предложена классификация измен­чивости вод океана.

1. Мелкомасштабная изменчивость с временным масштабом от долей секунды до десятков минут. К ней относятся поверхностные и внутренние волны, турбулентность и процессы эволюции вертикальной микроструктуры.

Поверхность океана практически всегда деформирована волнами. Высота волн в океане может достигать 20-30 м. Волны играют большую роль в перемешивании верхнего слоя океана, в создании верхнего однородного слоя.

Переслоенность плотностной структуры океана - основа развития внутренних волн, которые могут возбуждаться приливообразующими силами, изменением атмосферного давления, ветром, течениями.

Турбулентность играет важную роль в вертикальном перемешивании вод, в обмене количеством движения и тепла с атмосферой.

2. Мезомасштабная изменчивость с периодами от часов до суток. К ней относятся приливные и инерционные колебания, возникающие под действием гравитационного притяжения Луны и Солнца, сил инерции. Этим же интервалом характеризуются суточные вертикальные миграции планк­тона, которые в некоторых районах океана достигают сотен метров.

3. Синоптическая изменчивость от нескольких суток до месяцев. Проявляется в океане в виде горизонтальных вихрей размером в сотни километров. Главным управляющим фактором синоптической изменчивости является накапливающийся эффект воздействий на океан ветра и тепла. Синоптическая изменчивость отражается также в температурных колебаниях, которые могут достигать местами нескольких градусов. Синоптический период имеет смена влаги в атмосфере и воды в реках. Так, вода в атмосфере сменяется за год 37 раз, т.е. примерно каждые 10 дней. Обновление вод в реках происходит каждые 11 дней.

4. Сезонная изменчивость с годовым периодом и кратными ему частями. Причиной этих колебаний является годовое движение Земли вокруг Солнца и связанный с этим годовой ход солнечной радиации в различных широтных зонах. Сезонная изменчивость прослеживается в биологической продуктивности отдельных районов Мирового океана, а также в годовых колебаниях температуры воды на поверхности. Так, в северо-западных районах Атлантического и Тихого океанов амплитуда годовых колебаний температуры воды достигает 16-20°С. Пространственные масштабы сезонных колебаний находятся в зависимости от меридиональной протяженности природных зон и их особенностей. Продолжительность отдельных сезонов меняется с широтой. Климатические и гидрологические сезоны в основном совпадают. Однако, между ними существуют и определенные различия, которые увеличиваются в направлении от экватора к полюсам.

5. Межгодовая изменчивость. В ней наиболее ярко выражены колебания во взаимодействии океана и атмосферы. Проявляется в согласованных изменениях состояния больших акваторий океана и всей атмосферы от года к году. Примерами могут служить колебания положения и интенсивности северной ветви Гольфстрима с периодом около 3.5 лет, квазисемилетнее явление "Эль Ниньо" – появление аномально высоких температур воды на поверхности экваториальной части Тихого океана, а также перемещения тепловых аномалий по океаническим круговоротам.

6. Внутривековая изменчивость с периодами в десятки лет, связанная с колебаниями климата, одновременно охватывает океан и атмосферу. Примером может служить произошедшее в первой половине XX века потепление вод Арктики и одновременное похолодание в низких широтах. Среди внутривековых наиболее четкими оказались колебания продолжительностью 11 и 20-30 лет. Широко распространены на земном шаре климатические изменения с периодом 30-35 лет. В течение одного такого колебания серия влажных и прохладных лет сменяется серией теплых и сухих.

7. Межвековая изменчивость с периодами в сотни лет. Проявляется в виде межвековых колебаний климата и изменения средней температуры воды значительных акваторий океана. Одно из таких изменений происходило во время так называемого "малого ледникового периода" в ХVII-ХIХ веках. В этот период Саргассово море было на 2-3°С теплее, а акватория у Исландии на 1°С холоднее современной нормы. Эти отклонения явились результатом ослабления теплообмена в процессах взаимодействия океана и атмосферы.

Сотнями лет оценивается "время жизни" глубинных вод океана: Тихого и Индийского - 1300 лет, глубинных вод северной части Атлантики - 600 лет, Антарктики - 100 лет, поверхностных вод северной Атлантики - 10 лет. Таким образом, межвековая изменчивость связана также с обменными процессами во всей толще океанических вод, т.е. с общей вертикальной циркуляцией.